Результаты работы института в 2003 г.

1.1. Важнейшие результаты

В рамках утвержденных планов НИР по проблемам биофизики экосистем и физико-химической биологии получены следующие важнейшие результаты:

Проведены комплексные медико-биологические исследования отечественных полиоксиалканоатов, синтезированных Ralstonia eutropha в Институте биофизики СО РАН. В экспериментах in vitro и in vivo доказана биологическая безопасность полимеров в виде мембран и шовных нитей и их пригодность для биомедицинских применений. Результаты обобщены в монографии <Полиоксиалканоаты - биоразрушаемые полимеры для медицины> (Рис. 1). (гос рег. № 01.200117941, Программа РАН <Фундаментальные науки - медицине>, Международный научно-технический центр (ISTC) проект № 2218, лаб. хемоавтотрофного биосинтеза, д.б.н. Волова Т.Г., совместно с Государственным центром по испытаниям новых материалов при ВНИИТиИО МЗ РФ, зав.центром, д.б.н. Севастьянов В.И.).

Рис. 1.

Слева: Морфология тканей вокруг полиоксибутирата (ПОБ) и сополимера (ПОБ-со-ПОВ) нитей после имплантации. Гематоксилин - эозин. П - полимерная нить, ФК - фиброзная капсула, МВ - мышечные волокна. Маркер - 0.01 мм.
Справа: Результаты кластерного анализа, подтверждающие отсутствие различий физиолого-биохимических характеристик животных разных групп: 1-9 (интактные), 10-18 (шелк), 19-27 (кетгут), 28-36 (сополимер), 37-45 (полиоксибутират). По вертикальной оси - евклидовы расстояния в 26-мерном пространстве признаков (масса крыс и внутренних органов, морфология и биохимия крови).

С помощью разработанного устройства обнаружена устойчивая в летнее время тонкослойная микростратификация популяций фототрофных бактерий в зоне хемоклина озер Шира и Шунет: массовое развитие пурпурных и зеленых серных бактерий в летнее время происходит в слоях толщиной порядка 5 см, причем слой пурпурных бактерий формируется точно в редокс-зоне, а слой зеленых бактерий расположен сразу под слоем пурпурных. Исследована сезонная динамика этой микростратификации и обнаружены зоны повышенной активности биогеохимических процессов (Рис. 2). (гос. рег. № 01.200117939, РФФИ 02-05-64410, лаб. биофизики экосистем, член-корр. РАН А.Г. Дегерменджи, к.ф.-м.н. Д.Ю. Рогозин, совместно с ИНМИ РАН).

Слева: Устройство для тонкослойного отбора проб воды.
Справа: Вертикальное распределение кислорода, сероводорода, пурпурных и зеленых серных бактерий в хемоклине оз. Шира в августе.

Предложена точка зрения на происхождение жизни, обосновывающая реалистичность экспериментов по моделированию абиогенного возникновения пробионтов. Математическое и вычислительное моделирование процессов отбора мутирующих автокатализаторов показали, что темпы и <острота> селекции автокаталитических систем в проточном реакторе возрастает с увеличением скорости протока субстрата через реактор (Рис. 3). Результаты дают основания ожидать формирования достаточно сложных самовоспроизводящихся систем в экспериментах приемлемой продолжительности. (Интеграционный проект СО РАН № 148, лаб. теоретической биофизики, к.ф.-м.н. С.И. Барцев). (S.I.Bartsev, V.V.Mezhevikin, V.A.Okhonin. Life as a set of matter transformation cycles: ecological attributes of life. Adv. Space Res. Vol.28, No.4, p.607-612, 2001; С.И.Барцев, О.Д.Барцева, Изучение свойств структурно-функционального соответствия эволюционирующих систем с помощью нейросетевых модельных объектов, ДАН, т.376, №4, 2001, с.534-546; Барцев С.И., Барцева О.Д. Симметрии структуры и эквифинальность эволюционных исходов в простых нейросетевых моделях ДАН, 2002, т.386, №1, с.114-117; С.И.Барцев, В.В.Межевикин. Естественный отбор на протоке как универсальный механизм эволюции предбиологических автокаталитических систем. ДАН, т.388, № 3, с. 405-408, 2003.).

А)


Б)

Рис 3.

Влияние скорости протока на эволюцию мутирующих автокатализаторов. Компактные скопления пирамидок соответствуют пулам близкородственных автокаталитических систем.
А) относительная скорость протока - 1; Б) относительная скорость протока - 50.

1.2. Результаты НИР по проектам, получившим гранты научных фондов, в том числе зарубежных:

Грант CRDF REC 002 <Научно-образовательный центр <Енисей>
Совместно с Красноярским государственным университетом продолжилось выполнение работ по гранту REC 002 (Научно-образовательный центр <Енисей>) совместной Российско-американской программы <Фундаментальные исследования и высшее образование>, финансируемой CRDF и Министерством образования РФ.
Фундаментальные исследования выполняются ведущими сотрудниками Института и университета при участии аспирантов, а также студентов по следующим темам:
-Построение информационной модели экосистемы Красноярского водохранилища (по многолетним рядам наблюдений);
-Биофизические методы контактного мониторинга водных экосистем;
-Обработка и анализ космической информации (водные экосистемы);
-Математическое моделирование динамики водных экосистем (р. Енисей, оз. Шира);
-Биоманипулирование трофическими цепями в водных экосистемах;
-Разработка научных основ производства разрушаемых биополимеров на новых субстратах.
В рамках центра по тематике НОЦ организованы и функционируют совместные научно-методологические семинары для сотрудников Института, преподавателей и студентов КГУ. Поступающие в Центр коллективного пользования приборы (погружной многоканальный зонд качества воды, анализатор элементного состава воды) используются для исследований и в образовательном процессе. В рамках центра коллективного пользования НОЦ <Енисей> укомплектована и введена в действие молекулярно-генетическая лаборатория.

2. ХАРАКТЕРИСТИКА МЕЖДУНАРОДНЫХ НАУЧНЫХ СВЯЗЕЙ

2.1. О деятельности Международного центра замкнутых экологических систем (МЦ ЗЭС)

В 2003 году продолжено международное сотрудничество в рамках деятельности МЦ ЗЭС. Наиболее активно международные контакты развивались с Европейским Космическим Агентством (ЕКА). В июле 2003 года между Институтом биофизики СО РАН и ЕКА подписан контракт № 17304/03/NL/PA по теме: "Feasibility Study of IBP Krasnoyarsk Facility for Biological Life Support Isolation Campaign". Контракт направлен на выяснение возможностей Института биофизики СО РАН обеспечить модернизацию экспериментального комплекса БИОС-3, а также на выяснение научных перспектив для проведения в будущем совместных с ЕКА экспериментов по имитации отдельных сценариев, связанных с марсианской миссией. Продолжительность данного контракта определена на срок около одного года, общая стоимость контракта - 50 000 ЕВРО. В случае успешного выполнения контракта, со стороны ЕКА декларировано желание продолжить сотрудничество в постановке совместных экспериментов в БИОС-3 с наращиванием их сложности и продолжительности. Тематика данного контракта и перспективы дальнейшего сотрудничества, открывающиеся при его успешном выполнении, полностью соответствуют цели и задачам МЦ ЗЭС.
В связи с этим основной акцент в деятельности МЦ ЗЭС в 2003 году связан с выполнением разделов контракта. Подготовлен отчет по первому этапу контракта. В отчете рассмотрены критерии оценки в выборе и подготовке экипажа для возможных совместных с ЕКА экспериментов на базе БИОС-3, юридические основы проведения таких экспериментов, сформулировано научное обоснование совместных работ, научная основа будущих экспериментов, предложена схема совместного управления будущими экспериментами. Ведется аналитическая работа по научному обоснованию таких экспериментов, ведутся подготовительные работы по техническому переоснащению БИОС-3. Кроме этих работ в рамках функционирования МЦ ЗЭС выполняется серия экспериментальных исследований по решению проблем включения хлористого натрия во внутрисистемный массообмен. Выполняется цикл теоретических исследований по проблемам замыкания отдельных соединений и биогенов в биологических системах жизнеобеспечения, устойчивости таких экосистем к различным возмущающим факторам среды.
Активно ведутся переговоры с Китаем о возможности совместных работ по созданию биологической системы жизнеобеспечения на основе использования технологий ИБФ СО РАН и китайских технологий. Подготовлен для обсуждения вариант совместного проекта.
Мировым признанием работ по замкнутым экосистемам в Институте биофизики явился выход в свет в 2003 году в международном издательстве Taylor and Francis книги " Manmade Closed Ecological Systems "основными авторами которой являются сотрудники ИБФ СО РАН акад. И.И. Гительзон и проф. Г.М. Лисовский.
В мае 2003 года исполнительный директор МЦ ЗЭС проф. А.А. Тихомиров был приглашен с докладами в качестве специального гостя на международное совещание во Францию (г. Клермонт-Ферранд) по обсуждению работы европейской программы Melissa, в рамках которой ведутся исследования в области создания систем жизнеобеспечения и на совещание международной рабочей группы по системам жизнеобеспечения (IALSWG), которое проходило там же. Данная группа состоит из ведущих специалистов США, Европы, Канады, Японии в области создания и стратегии развития физико-химических и биологических систем жизнеобеспечения. По результатам данной поездки по предложению ЕКА и представлению Российского Космического Агентства проф. А.А. Тихомиров с октября 2003 года официально включен в число членов указанной выше международной рабочей группы.
В июне 2003 проф. А.А. Тихомировым на международной конференции ISTC (г. Москва) доложены основы некоторых технологических разработок, которые могут быть использованы для систем жизнеобеспечения.
В октябре 2003 г. акад. И.И. Гительзон сделал пленарный доклад по проблематике замкнутых экосистем на Астронавтическом Конгрессе (г. Бремен, ФРГ).

ПРИЛОЖЕНИЕ 1.

Заголовок: ТЕХНОЛОГИЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД С ВЫСОКОЙ КОНЦЕНТРАЦИЕЙ АРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ И ФОРМАЛЬДЕГИДА

Характеристика. Разработка предназначена для биологической очистки сточных вод с повышенной концентрацией ароматических углеводородов и формальдегида, образующихся при производстве фенол-формальдегидных смол, а также других концентрированных промышленных стоков.
Биоочистка промстока осуществляется в многостадийной установке непрерывного действия (рис.1), которая может быть смонтирована с использованием стандартного оборудовании химпроизводств. Аппаратурно-технологическая схема позволяет проводить очистку сточной воды при концентрации фенолов, формальдегида и других соединений 5 - 30 г/л. В установке может использоваться культура микроорганизмов из действующих очистных сооружений, адаптированная к деградации ароматических углеводородов (фенолов), формальдегида и других токсичных соединений, или полученная из коллекции промышленных микроорганизмов.

Иллюстрации и подпись к иллюстрации:

Рис. 1. Блок-схема установки для биологической очистки сточных вод производства фенол-формальдегидных смол

Технико-экономические преимущества. В сравнении с экстракционной технологией очистки фенольных вод предлагаемое решение позволяет многократно уменьшить остаточную концентрацию фенола (для реализованного проекта в 100 и более раз). Снижаются эксплуатационные затраты и высвобождается основное оборудование.
Область применения - детоксикация, очистка сточных вод химических производств малого и среднего тоннажа, содержащих повышенные концентрации ароматических углеводородов (фенолов), а также других органических веществ.
Уровень практической реализации - действующая по разработанной технологии установка очистки сточных вод малотоннажного производства фенол-формальдегидных смол.
Патентная защита - патенты могут быть выданы, но заявка пока не подавалась
Коммерческие предложения - совместная разработка опытной установки и технологии очистки промышленных стоков производства; передача ноу-хау для совершенствования действующих установок и технологий; консультационные услуги по оптимизации и реконструкции действующих очистных сооружений, установок и технологий.
Стоимость разработки определяется конкретным видом услуг и задач, требующих решения, объемом работ, но не менее 60 тыс. рублей.
Контактная информация: 660036, г. Красноярск, Академгородок, Институт биофизики СО РАН.
Тел. (3912) 43 15 79; (3912) 43 15 79;
Факс (3912) 43 34 00
e-mail: ibp@ibp.ru, ecobt@ibp.ru